專利名稱：大幅度提高火力發(fā)電效率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
熱動力、發(fā)電、能量轉(zhuǎn)化
背景技術(shù)：
火電廠的燃料燃燒總發(fā)熱量中只有35%左右轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，?0%以上的熱能主 要通過鍋爐煙 和汽輪機(jī)凝汽器的循環(huán)冷卻水失散到環(huán)境中。相比之下，循環(huán)冷卻水?dāng)y帶 走的廢熱量又占其中絕大部分。也就是說，使用過的蒸汽(乏汽)由于溫度降低，難以再次直接利用。所以傳統(tǒng)的 做法就是將其送入冷凝器，經(jīng)冷卻水冷凝后排出。這樣不僅浪費了蒸汽的余熱潛熱，還需增 加一套體積龐大的冷卻設(shè)備，消耗大量的冷卻水。為提高熱效率，也曾采用多種方式進(jìn)行回?zé)嵫h(huán)，比如將氣體全部抽出進(jìn)行加熱 至新蒸汽參數(shù)溫度后進(jìn)行二次循環(huán)可以提高效率5%，但因為氣體密度低，壓力小，內(nèi)含 “焓”值低，不僅繁瑣關(guān)鍵蒸汽越來越多轉(zhuǎn)化率特低不能實現(xiàn)完全的熱“循環(huán)”。還有一種方 法就是采用聯(lián)合循環(huán)利用熱力性能不同的工質(zhì)組成聯(lián)合動力裝置，可改善整個裝置的經(jīng) 濟(jì)性。一個主要的聯(lián)合方式是，以高溫工質(zhì)循環(huán)的排氣(汽)作為低溫工質(zhì)循環(huán)的熱源。聯(lián) 合裝置的工質(zhì)有燃?xì)鈅蒸汽、汞蒸氣_蒸汽、蒸汽_氨(或氟里昂)等多種形式目前也有人提出用熱泵將“乏汽”中的低溫?zé)嵩催M(jìn)行余熱回收，但熱泵的效能比如 果低于3，或者系統(tǒng)回收的溫度不能達(dá)到較高溫度，也不能被電廠循環(huán)利用。原因是熱泵消 耗了一部分電，雖然只占回收熱能的35%左右，但熱能轉(zhuǎn)化成電只有40%左右，這樣循環(huán) 不僅成本大且對電廠的“發(fā)電”而言幾乎沒有經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)卡諾熱機(jī)定理，回收熱消耗的 功，正是卡諾熱機(jī)理論上做的功，所以憑壓縮“乏汽”做功回收熱再繼續(xù)做功發(fā)電，人們稱為 “第二類永動機(jī)”，根據(jù)卡諾熱機(jī)原理無法實現(xiàn)。還有一種低溫發(fā)電原理根據(jù)卡諾熱機(jī)原理，熱機(jī)效率=1-T低/T高，即當(dāng)傳熱介 質(zhì)低溫端溫度無限低時，熱機(jī)效率即可接近100%但永遠(yuǎn)達(dá)不到100%，有人提出用氦氣冷 凝做介質(zhì)形成“低溫端”，但形成“低溫環(huán)境”又耗費能量，其耗費的能量大于熱機(jī)做的功，這 樣又得不償失，這種依然被人們稱為“第二類”永動機(jī)。過去制冷方式多是多級壓縮式，但目前有一種“磁制冷技術(shù)”，效能可以達(dá)到 30% -60%。用磁陷阱技術(shù)成功將絕對溫度降低到了 0. 5納k。

發(fā)明內(nèi)容
涉及一種“超低溫發(fā)電機(jī)”，方法是利用“磁制冷技術(shù)”等高效超低溫制冷技術(shù)做功 制冷，以氫氣氦氣等臨界值較低的氣體做介質(zhì)，氫氣氦氣等氣體在超低溫下液化，形成汽輪 機(jī)做功的低溫環(huán)境即卡諾循環(huán)的“冷凝系統(tǒng)”，以原火力電廠的冷凝系統(tǒng)或其他低溫?zé)嵩醋?為“超低溫發(fā)電機(jī)”的“蒸發(fā)器”，蒸發(fā)器對火力發(fā)電廠形成的“乏汽”進(jìn)行熱吸收后做功發(fā) 電。以氫氣為例，氫氣的液化臨界值溫度約20k，磁制冷溫度必須低于20k，根據(jù)卡諾熱機(jī)原 理，當(dāng)?shù)蜏囟藶?0k，高溫端為300k時，理論熱機(jī)效率=1-20/300 = 93. 33%，由于磁制冷 技術(shù)消耗功率實際可以達(dá)到卡諾循環(huán)的30%，因此超低溫發(fā)電機(jī)的效率即“熱機(jī)”效率遠(yuǎn)大于磁制冷技術(shù)消耗功率，可行性很大。超低溫發(fā)電機(jī)配合火力發(fā)電機(jī)組使用可以大幅度提 高現(xiàn)行火力發(fā)電廠的熱能轉(zhuǎn)化效率。


圖1為超低溫發(fā)電工藝流程示意圖。(1)為低溫蒸發(fā)器，(2)為汽輪機(jī)做功發(fā)電， 3)為超低溫冷凝器(4)為回流系統(tǒng)。
具體實施例方式如圖1，在宏觀上此“超低溫發(fā)電機(jī)”就是現(xiàn)行的發(fā)電機(jī)的翻版，同樣具有“蒸發(fā) 器”(1)，“冷凝器”(3)，之間依靠汽輪機(jī)或者活塞運動做功(2)，冷凝后的液體回到蒸發(fā)器完 成循環(huán)(4)。所不同的是汽輪機(jī)工作的溫度區(qū)間不同，所用氣體介質(zhì)不同，冷凝方式不同。 具體可描述以火力電廠的冷凝系統(tǒng)或其他低溫?zé)嵩醋鳛樽兂伞俺蜏匕l(fā)電機(jī)”的“蒸發(fā)器”，蒸 發(fā)器對火力發(fā)電廠形成的“乏汽”或其他低溫?zé)嵩催M(jìn)行熱吸收，相當(dāng)于火力發(fā)電廠中的鍋爐 加熱系統(tǒng)，低溫介質(zhì)如氫氣氦氣等在常溫下已經(jīng)具備“高壓”，具有很強(qiáng)的做功能力。而低溫 熱源如發(fā)電廠的乏汽一般在36°c-42°c，相當(dāng)于熱力學(xué)溫度309. 15k__315k，，對于20k以下 的超低溫液體已經(jīng)很高。具有“鍋爐”加熱功能。汽輪機(jī)做功的環(huán)境需保持密封，防止液體泄漏。因為氫氣和氦氣幾乎無孔不入，在 材料選擇方面不僅要有保溫性能還要有對低溫氣體的“防泄漏”功能。另外汽輪機(jī)的工作 “溫度”環(huán)境改變很大，原來在“高溫”下工作，現(xiàn)在是“超低溫”，部分材料會有改變，以適應(yīng) “超低溫”。冷凝器即需要把溫度降至氫氣或氦氣的臨界值溫度以下才可能導(dǎo)致冷凝，保溫材 料可用碳纖維。介質(zhì)的選擇是常溫下“氣體”的臨界值接近絕對零度。分析此類發(fā)電機(jī)原理比較簡單，但這種發(fā)電機(jī)往往誤被認(rèn)為“第二類永動機(jī)”，但 此種設(shè)計的超低溫發(fā)電機(jī)符合熱力學(xué)第二定律，并且根據(jù)卡諾熱機(jī)原理制作，有熱源的傳 遞，與第二類永動機(jī)有本質(zhì)區(qū)別。遇到問題就是制冷的耗能問題，就是一個“經(jīng)濟(jì)性能”的問 題。如果耗能大于汽輪機(jī)做功量，則得不償失，比如用壓縮式機(jī)械能做功就遇到這種情況， 機(jī)械能壓縮氣體做功制冷就類似第二類“永動機(jī)”，雖然符合第二定律，但得不償失。這種用 高效率的“磁制冷技術(shù)”制造一個超低溫的環(huán)境將做過功德氫氣或氦氣液化，消耗較小的熱 能，就可制冷。原因是超低溫發(fā)電機(jī)在300k左右的低溫區(qū)吸收的熱量通過汽輪機(jī)做功后 已經(jīng)基本通過發(fā)電輸出，因為理論卡諾熱機(jī)轉(zhuǎn)化率大于93. 33%，即使實際工作中超低溫發(fā) 電機(jī)的效率大于70%，磁制冷已經(jīng)達(dá)到卡諾循環(huán)的30% 60%，所以經(jīng)濟(jì)上可行。如果把 冷凝液體換成“氦氣”，可把超低溫環(huán)境降到2-3k，在這個溫度下，根據(jù)卡諾循環(huán)熱機(jī)效率可 以達(dá)到99%以上，這樣只有1 %的能量需要在低溫下冷卻，這樣會更節(jié)能。超低溫發(fā)電機(jī)配合火力發(fā)電機(jī)組使用可以大幅度提高現(xiàn)行火力發(fā)電機(jī)組的綜合 效率，減少熱污染，實際上這是讓地球變冷的一種技術(shù)，在我們的地球環(huán)境逐漸變熱的同時 推出超低溫發(fā)電技術(shù)是保護(hù)地球應(yīng)對氣候變化的重要舉措。
權(quán)利要求
大幅度提高火力發(fā)電效率的方法涉及一種“超低溫發(fā)電機(jī)”，方法是利用“磁制冷技術(shù)”等高效超低溫制冷技術(shù)做功制冷，以氫氣氦氣等臨界值較低的氣體做介質(zhì)，氫氣氦氣等氣體在超低溫下液化，形成汽輪機(jī)做功的低溫環(huán)境即“冷凝系統(tǒng)”，以火力電廠的冷凝系統(tǒng)或其他低溫?zé)嵩醋鳛樽兂伞俺蜏匕l(fā)電機(jī)”的“蒸發(fā)器”，蒸發(fā)器對火力發(fā)電廠形成的“乏汽”進(jìn)行熱吸收后做功發(fā)電。以氫氣為例，氫氣的液化臨界值溫度約20k，磁制冷溫度必須低于20k，根據(jù)卡諾熱機(jī)原理，當(dāng)?shù)蜏囟藶?0k，高溫端為300k時，理論熱機(jī)效率＝1-20/300＝93.33％，由于磁制冷技術(shù)消耗功率實際可以達(dá)到卡諾循環(huán)的30％，因此超低溫?zé)釞C(jī)效率遠(yuǎn)大于磁制冷技術(shù)消耗功率，可行性很大。與火力發(fā)電廠嫁接對火力發(fā)電廠的低溫乏汽進(jìn)行“二次”發(fā)電提高了火力發(fā)電廠的綜合效率。
2.根據(jù)1所述，超低溫發(fā)電機(jī)的實現(xiàn)不僅需要一個超低溫的環(huán)境，還要有一個高效率 的制冷技術(shù)，比如“磁制冷技術(shù)”不僅高效而且僅需消耗熱能不需要機(jī)械力做功，區(qū)別于壓 縮制冷式，是超低溫發(fā)電機(jī)的理想的制冷方式。
3.根據(jù)1所述，蒸發(fā)介質(zhì)的選擇是臨界值較低氫氣氦氣類，其特征是超低溫發(fā)電機(jī)的 低溫環(huán)境接近絕對零度，介質(zhì)的液化臨界點接近于絕對零度。
4.根據(jù)1所述，超低溫發(fā)電機(jī)可以單獨從廢棄熱源吸熱用于發(fā)電，廢棄熱源的溫度應(yīng) 高于0°C。
全文摘要
大幅度提高火力發(fā)電效率的方法涉及一種“超低溫發(fā)電機(jī)”，方法是利用“磁制冷技術(shù)”等高效超低溫制冷技術(shù)做功制冷，以氫氣氦氣等臨界值較低的氣體做介質(zhì)，氫氣氦氣等氣體在超低溫下液化，形成汽輪機(jī)做功的低溫環(huán)境即“冷凝系統(tǒng)”，以火力電廠的冷凝系統(tǒng)或其他低溫?zé)嵩醋鳛樽兂伞俺蜏匕l(fā)電機(jī)”的“蒸發(fā)器”，蒸發(fā)器對火力發(fā)電廠形成的“乏汽”進(jìn)行熱吸收后做功發(fā)電。以氫氣為例，氫氣的液化臨界值溫度約20K，磁制冷溫度必須低于20K，根據(jù)卡諾熱機(jī)原理，當(dāng)?shù)蜏囟藶?0K，高溫端為300K時，理論熱機(jī)效率＝1-20/300＝93.33％，由于磁制冷技術(shù)消耗功率實際可以達(dá)到卡諾循環(huán)的30％，因此超低溫?zé)釞C(jī)效率遠(yuǎn)大于磁制冷技術(shù)消耗功率，可行性很大。超低溫發(fā)電機(jī)配合火力發(fā)電機(jī)組使用可以大幅度提高效率，以山東省的火力發(fā)電廠為例在70％的轉(zhuǎn)化效率下每年可以節(jié)約煤炭3000萬噸以上，減少碳排放8000萬噸。
文檔編號F01K19/02GK101852106SQ201010165180
公開日2010年10月6日 申請日期2010年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月21日
發(fā)明者馮益安 申請人:馮益安